MCS-51系列单片机的特点及应用

《MCS51单片机原理及应用》实验指导书唐山学院电工电子实验教学中心年月前言一．单片机原理实验的任务单片机原理实验是单片机原理及应用课程的一部分，它的任务是：1.通过实验进一步了解和掌握单片机原理的基本概念、单片机应用系统的硬件设计及调试方法。

2.学习和掌握单片机应用系统程序设计技术。

3.提高应用计算机的能力及水平，提高逻辑思维及动手能力。

二．实验设备单片机实验所使用的设备由计算机、单片机实验开发系统（见下图0-1），其中计算机是软件开发平台，主要完成程序编辑、编译、下载程序等任务；单片机实验开发系统是硬件开发平台，是基于51/196单片机的扩展实验系统。

计算机和单片机实验开发系统之间是通过RS232串行接口进行通信的。

图0-1 单片机原理实验设备单片机实验开发系统配有开关电源、单片机、晶振、存储器、可编程并行接口芯片、键盘显示控制芯片、24键键盘、六位LED数码管显示、A/D及D/A转换芯片、简单输出口2个、简单输入口1个、逻辑电平输入开关、发光二极管显示电路，并配有小直流电机、步进电机、继电器、音响等驱动电路。

在计算机软件的控制下可完成单片机基本实验及综合设计性实验项目。

所有的MCS51单片机原理及应用课程实验都是在这套实验系统上完成的。

三．对参加实验学生的要求1.阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确实验目的，了解内容和方法。

2.按实验指导书要求进行接线和操作，经检查和指导老师同意后再通电。

3.在实验中注意观察思考，记录有关数据和程序，并由指导教师复查后才能结束实验。

4.实验后应断电并返回WINDOWS下关闭计算机，整理实验台，恢复到实验前的情况。

5.认真写实验报告，按规定格式写出程序流程图、程序、并分析实验结果、完成思考题等。

字迹要清楚，结论要明确。

爱护实验设备，遵守实验室纪律。

*注：本实验指导书适用于MCS51单片机原理及应用A、单片机原理及应用B等课程。

目录第一章MC51单片机原理及应用实验 (3)实验一P1口实验（验证性） (3)实验二外部中断实验（验证性） (5)实验三定时器实验 (7)实验四串行口实验--串并转换实验 (9)实验五数码显示实验 (11)实验六A/D转换实验 (13)实验七数字电子钟实验（综合性） (15)实验八D/A转换实验 (16)实验九简单I/O口扩展实验 (18)实验十步进电机实验 (20)实验十一直流电机实验 (22)实验十二PC机与单片机串行通信实验 (24)实验十三继电器与电子音响实验 (26)实验十四8255可编程并行接口实验 (28)实验十五键盘显示接口实验 (30)第二章单片机开发实验系统及TMSD调试程序 (32)第一节单片机开发实验系统 (32)第二节TMSD源语言调试程序简介 (35)第一章MCS51单片机原理及应用实验实验一P1口实验一．实验目的1.学习P1口的使用方法。

MCS-51单片机摘要：MCS-51系列是Intel公司继MCS-48系列之后发展起来的高档8位单片机，在总结MCS-48系列及扩大应用功能的基础上，推出的MCS-51系列单片微机，扩大了片内存储器容量及外部存储器寻址空间，增强了指令及寻址功能，扩大了并行I/O口和新增设全双工串行I/O口，增加了中断源及优先级，新增了乘除法、比较和位操作等强功能指令。

克服了MCS-48系列存储器容量小、运算功能弱得不足，提高了全机的操作速度等。

（一）单片机的历史和发展1.单片机的发展史：（1）单片机的探索阶段（1974——1978年）（2）单片机的完善阶段（1978——1982年）（3）微控制器形成阶段（1982——1990年）（4）微控制器成熟阶段（1990年至今）在发展的第二阶段Intel公司推出了MCS-51系列的单片机，它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。

（1）完善的外部总线。

MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。

（2）CPU外围功能单位的集中管理模式。

（3）体现工控特性的位地址空间及位操作模式。

（4）指令系统趋于完善和丰富，并且增加了许多突出控制功能的指令。

2.单片机的发展方向：综观单片机20多年的发展过程，再从半导体集成电路技术的发展和微电子设计技术的发展，可以预见未来单片机技术发展的趋势。

单片机将朝着大容量高性能化、小容量低价格化、外围电路的内装化以及I/O接口功能的增强、功耗降低等发展方向。

（二）单片机的分类单片机的通常分类方法：1.按数据总线宽度区分按单片机数据总线的宽度，可将单片机分为4、8、16、32位机。

2.按总线结构分按总线结构，单片机可分为总线型和非总线型两种。

3.按通用性分按通用性，单片机分为通用型和专用型两大类。

4.按厂商分Isuppli公司（一家全球领先的针对电子制造领域的市场研究公司）把全球MCU市场划分为三个地理区域：美国和欧州地区，日本和韩国，以及我国的大陆与台湾地区。

单片机（MCS-51）简述钱堃收集整理本文简要地介绍单片机技术并以MCS-51单片机为例,介绍其结构组成特点及应用，感兴趣的同学可以进一步阅读相关文献（如参考文献）了解更多技术性细节知识。

通用微处理器和单片机是计算机技术发展中的两个主要分支，它们适用于各种不同的应用领域。

单片机（Microcontroller Unit, MCU）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路等）集成到一块芯片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。

从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。

MCS-51系列单片机是以8051为核心发展起来的，具有基本的硬件结构和通用的软件特性，图1为MCS-51系列单片机基本组成框图。

图1 单片机组成框图构成计算机的主要组成部分(CPU、存储器、可编程I/O口等)，通过地址总线、数据总线和控制总线连接在一起，这种芯片叫单片机。

单片机的功能结构如图2所示，MCS-51单片机的内部结构包含下列几个部件（新的单片机在以下指标方面更为先进）：(1)一个8位CPU；(2)一个片内振荡器及时钟电路(3)4 ROM程序存储器；(4)128字节RAM数据存储器，(5)两个16位定时器/计数器；(6)可寻址64x字节外部数据存储器和64K字节外部程序存储器空间的控制电路；(7)32条可编程的I/O线(四个8位并行I/O端口)；(8)一个可编程全双工串行口；(9)具有5个中断源、2个优先级嵌套中断结构。

图2 MCS-51单片机功能方框图单片机作为嵌入式应用的微型计算机，从硬件结构到软件指令系统都是针对测控领域的广泛需要和特点而设计的，因此单片机也称之为微控制器(MCU)，它适用于嵌入电子系统中作为核心部件。

mcs-51单片机原理及应用教程MCS-51单片机是一种用于嵌入式系统的微处理器，它广泛应用于各种电子设备中。

本教程将介绍MCS-51单片机的原理和应用。

在接下来的内容中，我们将从基本概念开始，逐步深入了解MCS-51单片机的工作原理和常见应用。

1. 概述MCS-51单片机是由Intel公司于20世纪80年代推出的一种8位微处理器。

它包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)接口和定时器等功能模块，可以完成各种数据处理和控制任务。

2. 架构和指令集MCS-51单片机采用哈佛架构，即指令存储器和数据存储器分开存储的结构。

它的指令集包括基本指令、算术指令、逻辑指令和控制指令等，可以完成各种数据操作和控制流程。

3. 存储器和寄存器MCS-51单片机具有内部存储器和外部扩展存储器。

内部存储器包括程序存储器和数据存储器，用于存储指令和数据。

此外，MCS-51单片机还包括多个特殊功能寄存器，用于存储控制和状态信息。

4. 输入/输出(I/O)MCS-51单片机具有多个I/O口，用于连接外部设备。

通过配置I/O口的输入和输出模式，可以实现与外界的数据交换和控制。

5. 中断和定时器MCS-51单片机支持中断功能，可以在特定条件下中断正在执行的程序，并转向处理中断程序。

此外，MCS-51单片机还包含多个定时器/计数器，用于生成精确的时间控制和测量。

6. 应用领域MCS-51单片机广泛应用于各种嵌入式系统中，包括家电、通信设备、汽车电子和工业控制等。

它的低成本、低功耗和高可靠性使其成为许多应用场景的首选。

综上所述，MCS-51单片机是一种功能强大的嵌入式微处理器，具有丰富的功能和广泛的应用领域。

通过学习MCS-51单片机的原理和应用，我们可以更好地理解和应用该技术，为嵌入式系统的开发和设计提供支持。

MCS-51系列单片机及其应用教学设计1. 前言MCS-51系列单片机由英特尔公司于1981年推出，是目前应用最广泛的单片机之一。

它具有低功耗、可编程性、操作简便等特点，被广泛应用于各种嵌入式系统中。

本文主要介绍MCS-51系列单片机的相关知识和其在教学中的应用设计。

2. MCS-51系列单片机概述MCS-51系列单片机是一种8位微控制器，由英特尔公司推出并于1987年过期的。

目前，其他公司也生产了兼容MCS-51系列单片机的芯片。

MCS-51芯片由CPU、RAM、ROM、IO口、串口和定时器组成，其特点是可编程和自身包含各种数字和模拟接口。

2.1 CPUMCS-51系列单片机采用8051CPU，其数据处理能力和调用性能较强。

2.2 RAMMCS-51系列单片机的RAM可以容纳不同容量的RAM。

其中部分RAM可以用于寄存器和堆栈，另一些RAM可用于存放运行程序的临时变量和数据等。

2.3 ROMMCS-51系列单片机的ROM用于存储程序代码。

由于ROM是只读存储器，因此程序代码无法改变，只有运行时可以读取。

2.4 IO口MCS-51系列单片机的IO口主要用于输入输出。

其输入通道可以用于读取传感器数据，其输出通道可以用于驱动电机或其他设备的运作。

2.5 串口MCS-51系列单片机的串口包括UART（异步串行通信器）和SPI（串行外设接口）。

UART用于串行通信，而SPI用于与外部设备通信。

2.6 定时器MCS-51系列单片机的定时器用于定时的时钟工作。

在实际应用中，可以使用定时器来产生各种PWM信号，同时也可以用于计时等操作。

3. MCS-51系列单片机在教学中的应用在教学中，我们可以使用MCS-51系列单片机来制作各种实验项目。

这些项目可以涉及到控制LED灯、蜂鸣器、电机、显示屏等各种设备，实现不同的功能。

以下是一些可以使用MCS-51系列单片机实现的教学项目：3.1 单个LED灯控制通过MCS-51系列单片机的IO口，我们可以控制单个LED灯的开关。

51单片机原理及应用51单片机（AT89C51）是一种高性能、低功耗的CMOS8位微控制器，它集成了CPU核心、ROM、RAM、I/O端口、定时器/计数器、串行通信接口等功能模块。

它是基于哈佛结构的架构，具有较高的运行速度和强大的功能。

1.CPU核心：51单片机采用了8051型CPU核心，其指令集丰富，包括基本的算数逻辑操作、数据传输操作、位操作以及控制操作等。

2.存储器：51单片机内部带有4KB的可编程ROM，用于存放程序代码；同时还有128字节的RAM用于存放数据。

3.I/O端口：51单片机共有四组I/O端口，分别为P0、P1、P2和P3，每个端口都是8位的双向口。

4. 定时器/计数器：51单片机内部带有两个独立定时器/计数器，分别为Timer 0和Timer 1，它们可以用于计时、定时和外部计数等操作。

5.串行通信接口：51单片机内部带有一个串行通信接口（UART），可以实现串行数据的收发操作。

1.嵌入式系统开发：51单片机具有强大的IO口和丰富的功能模块，可用于开发各种嵌入式系统，如家电控制、电子锁、智能家居等。

2.工业自动化：51单片机广泛应用于工业领域，可以实现各种传感器的数据采集、控制执行器动作、工业过程监控等功能。

3.车载电子：51单片机可以用于车辆电子系统的设计与控制，如车载仪表盘、车内电子设备控制、车载导航系统等。

4.家庭电子：51单片机可以用于各种家庭电子产品的设计与控制，如电视、音响、游戏机等。

5.学术研究：51单片机常用于电子、计算机等相关专业的教学与研究，学生可以通过对其原理及应用的学习，提高自己的电子设计与开发能力。

需要注意的是，由于51单片机已经推出多年，技术相对较老，目前市场逐渐被更先进的32位单片机所取代。

但由于其成熟可靠、易学易用的特点，仍然在一些特定领域得到广泛应用。

总之，51单片机具有强大的功能和广泛的应用领域，熟悉其原理及应用对于掌握嵌入式系统的设计和开发具有重要意义。

MCS-51单片机的原理及其存储器的配置特点
1、一个8位的微处理器CPU。

2、片内数据存储器(RAM128B/256B）:用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等。

3、片内4kB程序存储器Flash ROM（4KB）:用以存放程序、一些原始数据和表格。

4、四个8位并行I/O（输入/输出）接口P0~P3:每个口可以用作输入，也可以用作输出。

5、两个或三个定时/计数器: 每个定时/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制
6、一个全双工UART的串行I/O口:可实现单片机与单片机或其它微机之间串行通信。

7、片内振荡器和时钟产生电路:但需外接晶振和电容。

8、五个中断源的中断控制系统。

9、具有节电工作方式：休闲方式及掉电方式。

在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。

此时的电流可降到大约为正常工作方式的15%。

在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。

这种方式下的电流可降到15 μA以下，最小可降到0 6 μA。

结构：
由中央处理单元（CPU）、存储器（ROM及RAM）和I/O接口组成。

89C51单片机内部结构如图所示：
下面介绍的是mcs-51
MCS-51单片机存储器的配置特点
①内部集成了4K的程序存储器ROM；
②内部具有256B的数据存储器RAM；。

C51的特点与使用（增补内容）C51是一种在MCS—51系列单片机上使用的C语言。

相对于汇编语言，C51具有很强的语言表达能力和运算能力，而且可移植性很好。

在单片机上用C编写程序，可以有效地提高程序员的工作效率。

过去，由于单片机硬件系统运算速度慢，存储器资源少，而实现同样功能的C语言程序，其占用的存储器空间比汇编语言大很多，耗费的时间比汇编语言长很多，使用C语言比较困难。

近年来，单片机的运算速度大大提高，存储器的价格大幅降低，而在专业人员的不断努力下，C51编译软件功能增强，使得C51机器码占用的存储器空间缩小，运算速度加快，在单片机系统中使用C51进行程序设计得以实现。

1C51的特点C51与ANSI C的规范绝大部分是相同的，以下仅对C51的特殊部分进行必要的说明。

1.1新增数据类型bit：片内RAM位变量。

但注意不能定义位指针，也不能定义位数组。

例：bit N3_4; //定义一个片内RAM位变量N3_4sfr：特殊功能寄存器变量。

例：sfr P0 = 0x80; //定义一个特殊功能寄存器变量P0sfr16：双字节特殊功能寄存器变量。

sbit：定义特殊功能寄存器中的位变量。

例：sbit EA = 0xAF; //定义一个特殊功能寄存器位变量EA例：sbit P3_2=P3^2; //定义一个特殊功能寄存器位变量P3_21.2新增的数据存储器类型data：片内RAM直接寻址区（优先使用30H～7FH，可使用00H～7FH）。

例：unsigned char data HJSQ; //在片内RAM中定义一个无符号字节变量HJSQ bdata：片内RAM位寻址区（使用20H～2FH）。

例：bit bdata CXJS; //在片内RAM位寻址区定义一个位变量CXJS idata：片内RAM间接寻址区（优先使用80H～FFH，可使用00H～FFH）。

例：unsigned char idata BUFFER[8]; //在片内RAM间接寻址区定义//一个数组变量BUFFERxdata：片外RAM的全部空间（使用MOVX @DPTR寻址）。

MCS-51 单片机简介MCS－51是指由美国INTEL公司（对了，就是大名鼎鼎的INTEL）生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS－51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。

INTEL公司将MCS－51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。

一、MCS－51的CPU由运算器和控制器组成。

1．运算器运算器以完成二进制的算术/逻辑运算部件ALU为核心，再加上暂存器TMP、累加器ACC、寄存器B、程序状态标志寄存器PSW及布尔处理器。

累加器ACC是一个八位寄存器，它是CPU中工作最频繁的寄存器。

在进行算术、逻辑运算时，累加器ACC 往往在运算前暂存一个操作数（如被加数），而运算后又保存其结果（如代数和）。

寄存器B主要用于乘法和除法操作。

标志寄存器PSW也是一个八位寄存器，用来存放运算结果的一些特征，如有无进位、借位等。

其每位的具体含意如下所示：PSW CY AC FO RS1 RS0 OV －P对用户来讲，最关心的是以下四位。

（1）进位标志CY（PSW.7）。

它表示了运算是否有进位（或借位）。

如果操作结果在最高位有进位（加法）或者借位（减法），则该位为1，否则为0。

（2）辅助进位标志AC。

又称半进位标志，它指两个八位数运算低四位是否有半进位，即低四位相加（或减）是否进位（或借位），如有AC为1，否则为0。

（3）溢出标志位OV。

MCS－51反映带符号数的运算结果是否有溢出，有溢出时，此位为1，否则为0。